JP5790810B2 - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｕｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＳＤＭＡ）を適用する通信装置及び通信方法に係り、特に、複数のユーザー宛ての可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して伝送する通信装置及び通信方法に関する。

無線通信は、旧来の有線通信における配線作業の負担を解消し、さらには移動体通信を実現する技術として利用に供されている。例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１を挙げることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇは既に広く普及している。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの規格では、２．４ＧＨｚ帯あるいは５ＧＨｚ帯周波数において、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）を利用して、最大（物理層データレート）で５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしている。また、その拡張規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎではＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信方式を採用してさらなる高ビットレートを実現している。ここで、ＭＩＭＯとは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重したストリームを実現する通信方式である（周知）。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎによって１００Ｍｂｐｓ超の高スループット（Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ：ＨＴ）を達成できるものの、伝送コンテンツの情報量の増大に伴い、さらなる高速化が求められている。

例えば、ＭＩＭＯ通信機のアンテナ本数を増やして空間多重するストリーム数が増加することによって、下位互換性を保ちながら、１対１の通信におけるスループットを向上させることができる。しかしながら、将来は、通信におけるユーザー当たりのスループットに加え、複数ユーザー全体でのスループットを向上させることが要求されている。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ作業部会では、６ＧＨｚ以下の周波数帯を使い、データ伝送速度が１Ｇｂｐｓを超える無線ＬＡＮ規格の策定を目指しているが、その実現には、マルチユーザーＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）若しくはＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｕｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）のように、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続方式が有力である。

現在のところ、空間分割多元接続は、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）やＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）などの時分割多元接続（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）をベースにした次世代携帯電話系システムの基盤技術の１つとして検討されている。また、無線ＬＡＮ分野では、上記のように１対多の通信が注目されつつあるが、適用例はほとんどない。これは、パケット通信において複数のユーザーを効率よく多重化することが難しいことにも依拠すると思料される。

因みに、従来からのＩＥＥＥ８０２．１１規格とは下位互換性を保つパケット・フォーマットからなるＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫパケットを用いて、従来からのＩＥＥＥ８０２．１１規格におけるキャリアセンスとアダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続という２つの技術を組み合わせた通信システムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

ここで、空間分割多元接続を無線ＬＡＮに適用する場合、可変長のフレームを同一の時間軸上で多重化するケースが考えられる。複数ユーザーの各々に対する送信データ長がすべて同じ大きさであれば問題ないが、送信データ長の相違により多重化するフレーム長が区々になると、送信期間中にフレーム多重化数が増減することに伴って総送信電力が急峻に変化する。長さの異なるフレームをそのまま多重化送信すると、受信側では自動利得制御（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）の点で不安定な動作を誘発することとなり、また、ＩＥＥＥ８０２．１１で規格化されているＲＣＰＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：受信チャネル電力インジケーター）についてフレーム内の電力分布が一定でなくなるなどのさまざまな観点から問題が生じる可能性がある。このため、同一時間上で多重されるフレームは、ユーザー毎の送信データ長が区々であったとしても、最終的には同じフレーム長で送信される必要がある。

例えば、従来のセルラーシステムのような固定フレーム・フォーマットのシステムにおいては、ダイバーシティー用データの挿入や（例えば、特許文献２を参照のこと）、割り当て時間のスケジューリング（例えば、特許文献３を参照のこと）、可変データ・レート（例えば、特許文献４、５を参照のこと）、可変チャネル構成（例えば、特許文献６を参照のこと）によりフレームなどの埋め合わせを行なうことができる。これに対し、無線ＬＡＮのような可変長フレーム・フォーマットを採用するシステムとは根本的に構造が異なることから、これらの従来技術を適用することは困難である。

特開２００４−３２８５７０号公報 特開２００１−１４８６４６号公報 特表２００９−５０６６７９号公報 特開２００８−２３６０６５号公報 特許第２８５５１７２号公報 特開２００７−８９１１３号公報

本発明の目的は、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続を適用して好適に通信動作を行なうことができる、優れた通信装置及び通信方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、複数のユーザー宛ての可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる、優れた通信装置及び通信方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、複数ユーザーの各々に対する送信データ長が均一であるとは限らない場合であっても、送信側での総送信電力の急峻な変化を回避しながら、可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる、優れた通信装置及び通信方法を提供することにある。

本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
同一時間上で２以上の通信装置に送信すべき複数のフレームを生成するフレーム生成部と、
前記フレーム生成部で生成した前記複数のフレームの少なくとも一部にパッディングを施して、フレーム長を調整するフレーム長制御部と、
フレーム長を調整した後の前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信する通信部と、
を備え、
前記フレーム長制御部は、フレームの１以上のパッディング位置の組み合わせでビット又はシンボルを最小単位でパッディングを行ない、
同一時間上で多重される前記複数のフレームを最終的には同じフレーム長で送信する、
ことを特徴とする通信装置である。

本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置の前記通信部は、空間分割多重、符号分割多重、周波数分割多重、直交周波数分割多重のうちいずれか１つの多重方式又は２以上を組み合わせた多重方式により、前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信するように構成されている。

本願の請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置の前記フレーム長制御部は、直交周波数分割多重シンボルの組み合わせでフレームにパッディングを行なう場合において、パッディングするシンボル位置に応じてパッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させるように構成されている

本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置の前記フレーム長制御部は、フレームのデータ部全体にわたって分散してパッディング位置を配置するように構成されている

本願の請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置の前記フレーム長制御部は、あらかじめ定義された有限個のパッディング位置パターンの中から選択してパッディング位置を行なうように構成されている

本願の請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置の前記フレーム長制御部がパッディング位置パターンをフレーム毎に変化させる場合に、前記通信部は、フレーム受信側に対してパッディング位置に関する情報を通知するように構成されている

また、本願の請求項７に記載の発明は、
他の１以上の通信装置とともに同一時間上で送信すべきフレームを生成するフレーム生成部と、
前記フレーム生成部で生成した前記フレームにパッディングを施して、フレーム長を調整するフレーム長制御部と、
フレーム長を調整した後の前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信する通信部と、
を備え、
前記フレーム長制御部は、フレームの１以上のパッディング位置の組み合わせでビット又はシンボルを最小単位でパッディングを行ない、
前記他の通信装置との間で互いに同じフレーム長となるようにして、同一時間上で前記フレームを送信する、
ことを特徴とする通信装置である。

本願の請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の通信装置の前記フレーム長制御部は、直交周波数分割多重シンボルの組み合わせでフレームにパッディングを行なう場合において、パッディングするシンボル位置に応じてパッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させるように構成されている。

本願の請求項９に記載の発明によれば、請求項７に記載の通信装置の前記フレーム長制御部は、フレームのデータ部全体にわたって分散してパッディング位置を配置するように構成されている。

本願の請求項１０に記載の発明によれば、請求項７に記載の通信装置の前記フレーム長制御部は、あらかじめ定義された有限個のパッディング位置パターンの中から選択してパッディング位置を行なうように構成されている。

本願の請求項１１に記載の発明によれば、請求項７に記載の通信装置の前記フレーム長制御部がパッディング位置パターンをフレーム毎に変化させる場合に、前記通信部は、フレーム受信側に対してパッディング位置に関する情報を通知するように構成されている。

本願の請求項１２に記載の発明によれば、請求項６又は１０いずれかに記載の通信装置の前記通信部は、最終的に送信されるフレームに付加されているプリアンブル部あるいはヘッダー部の中にパッディング位置に関する情報を記載するように構成されている。

本願の請求項１３に記載の発明によれば、請求項６又は１０いずれかに記載の通信装置の前記フレーム長制御部がフレームのデータ部の前方又は後方にまとめてパッディングを行なう場合に、前記通信部は、パッディング位置に関する情報として、パッディング前のフレームの長さとパッディング後のフレームの長さを記載するように構成されている。

また、本願の請求項１４に記載の発明は、
同一時間上で２以上の通信装置に送信すべき複数のフレームを生成するフレーム生成ステップと、
前記フレーム生成部で生成した前記複数のフレームの少なくとも一部にパッディングを施して、フレーム長を調整するフレーム長制御ステップと、
フレーム長を調整した後の前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信する通信ステップと、
を有し、
前記フレーム長制御ステップでは、フレームの１以上のパッディング位置の組み合わせでビット又はシンボルを最小単位でパッディングを行ない、
同一時間上で多重される前記複数のフレームを最終的には同じフレーム長で送信する、
ことを特徴とする通信方法である。

また、本願の請求項１５に記載の発明は、
他の１以上の通信装置とともに同一時間上で送信すべきフレームを生成するフレーム生成ステップと、
前記フレーム生成部で生成した前記フレームにパッディングを施して、フレーム長を調整するフレーム長制御ステップと、
フレーム長を調整した後の前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信する通信ステップと、
を有し、
前記フレーム長制御ステップでは、シフレームの１以上のパッディング位置の組み合わせでビット又はシンボルを最小単位でパッディングを行ない、
前記他の通信装置との間で互いに同じフレーム長となるようにして、同一時間上で前記フレームを送信する、
ことを特徴とする通信方法である。

本発明によれば、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続を適用して好適に通信動作を行なうことができる、優れた通信装置及び通信方法を提供することができる。

また、本発明によれば、複数ユーザーの各々に対する送信データ長が均一であるとは限らない場合であっても、送信側での総送信電力の急峻な変化を回避しながら、可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる、優れた通信装置及び通信方法を提供することができる。

本発明によれば、上位層から渡される時点でユーザー毎のフレーム長がまちまちであったとしても、短いフレームに対してパッディングを施すことによって同一時間上で多重される各フレームを最終的には同じフレーム長で送信することになるので、送信側での総送信電力の急峻な変化を回避しながら、可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる。したがって、多重されたフレームを受信する側では、受信電力が急峻に変化することはなくなり、ＡＧＣの動作不安定を解消することができる。

本発明によれば、同一時間上で多重して送信する前記複数のフレームの宛て先は、すべて又は一部が異なる通信装置である。したがって、１対１ではなく１対多の通信、すなわち、複数ユーザー全体でのスループットを向上させることができる。

本発明によれば、他の通信装置とともに、同一の通信相手宛てに同一時間上で送信する場合であっても、最終的には互いに同じフレーム長で送信することになるので、多重されたフレームを受信する側では、受信電力が急峻に変化することはなくなり、ＡＧＣの動作不安定を解消する。すなわち、複数の通信装置間で可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができるようになる。

本発明によれば、通信装置が、他の１以上の通信装置とともに同一時間上で送信する前記フレームの宛て先は、同一の通信装置である。したがって、１対１ではなく多対１の通信、すなわち、複数ユーザー全体でのスループットを向上させることができる。

本発明によれば、ＰＨＹ層から最終的に出力される複数のフレーム長をフレーム送信時間毎に均一化して、空間分割多重、符号分割多重、周波数分割多重、直交周波数分割多重のうちいずれか１つの多重方式又は２以上を組み合わせた多重方式により同一時間上で多重して送信することができる。

本発明によれば、既知シンボルを利用してパッディングが施されたフレームを受信する通信装置側では、当該フレームの受信処理を行なう際に、当該既知シンボルをパイロット・シンボルとして用いて、周波数誤差推定や、タイミング誤差推定、チャネル推定など、受信動作の補助としても再利用することができる。また、本願の請求項２に記載のように、フレームが空間分割多重されている際には、受信する複数の通信装置の各々は、パッディングされた既知シンボルを空間ダイバーシティー利得の獲得に利用することができる。

本発明によれば、空間軸上の無線リソースを複数の通信装置に割り当てて前記複数のフレームを同一時間上で多重することができる。

本発明によれば、フレームの宛て先とする前記同一の通信装置は、同一時間上で送信された複数のフレームを空間分離することができる。

本発明によれば、シンボル単位でパッディングを施す場合に、シングル・キャリア変調であれば１以上の所定のシンボルの組み合わせ、直交周波数分割多重であれば１以上の所定のサブキャリアの組み合わせ、又は、シンボルや直交周波数分割多重シンボルの組み合わせでパッディングを行なうことができる。

本発明によれば、パッディングするシンボル位置に応じてパッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させるので、シンボル全体にわたって分散されたサブキャリアを用いて周波数誤差推定、タイミング誤差推定、チャネル推定を行なうことから、推定精度を向上させることができる。

本発明によれば、フレームのデータ部の前方にまとめてパッディングを行なうことによって、フレームの受信側ではそのシンボルをパイロット・シンボルとして用いることで、周波数誤差推定、タイミング誤差推定、チャネル推定など受信補助の効果が大きくなる。

本発明によれば、データ部内で均一に分散してパッディング位置を配置することで、周波数誤差推定、タイミング誤差推定、チャネル推定のトラッキングをフレームにわたって行なうことが可能となる。あるいは、フレーム前方で密にパッディング位置を配置することで、データ部の前方でパッディングする場合の効果が併せて得られる。

本発明によれば、あらかじめ定義された有限個のパッディング位置パターンの中から選択してパッディング位置を行なうので、パッディングが施されたフレームの受信側に対してパッディング位置の通知方法が簡素になる。

本発明によれば、パッディング位置パターンをフレーム毎に変化させる場合には、フレーム受信側に対してパッディング位置に関する情報を通知することによって、パッディングが施されたフレームを受信する側では、フレーム内でパッディングが施された位置を認識して、パッディング領域を除去してから本来のデータ部分を復号することが可能となる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を模式的に示した図である。 図２は、空間分割多元接続を適用し、複数ユーザーの多重化を行なうことができる通信装置の構成例を示した図である。 図３は、空間分割多元接続を適用せず、ＩＥＥＥ８０２．１１ａなどの従来規格に準拠した通信装置の構成例を示した図である。 図４は、図１に示した通信システムにおいて、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信元となり、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がデータ送信先となり、ＳＴＡ０が各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３宛ての送信フレームを空間軸上で多重して同時送信する場合のシーケンス例を示した図である。 図５は、図１に示した通信システムにおいて、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がそれぞれデータ送信元となり、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信先となり、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がＳＴＡ０宛ての送信フレームを空間軸上で多重して同時送信する場合のシーケンス例を示した図である。 図６Ａは、同一時間上で多重すべき複数のフレームの長さが異なる様子イメージを示した図である。 図６Ｂは、異なる長さの複数のフレームを、同一時間上で多重する場合にパッディングを施すイメージを示した図である。 図７Ａは、パッディングを施す直交周波数分割多重シンボルの位置Ａ〜Ｂにより、パッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させる様子を例示した図である 図７Ｂは、パッディングを施す直交周波数分割多重シンボルの位置Ａ〜Ｂにより、パッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させる様子を例示した図である 図８は、フレーム内でパッディングを施す配置例を示した図であり、より具体的には、データ部の後方にパッディング領域をまとめて配置した様子を示した図である。 図９は、フレーム内でパッディングを施す配置例を示した図であり、より具体的には、データ部の前方にパッディング領域をまとめて配置した様子を示した図である。 図１０は、フレーム内でパッディングを施す配置例を示した図であり、より具体的には、パッディング領域を細かく分割して、データ部全体にわたって均一に分散して配置した様子を示した図である。 図１１は、フレーム内でパッディングを施す配置例を示した図であり、より具体的には、パッディング領域を細かく分割して、データ部全体にわたって不均一に分散して配置した様子を示した図である。 図１２は、図２に示した通う新装置が、図４に示した通信シーケンスにおけるアクセスポイントＳＴＡ０として動作して、複数の端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３宛ての各フレームを同一の時間上で多重して送信するための処理手順を示したフローチャートである。 図１３は、図２に示した通信装置が、図４に示した通信シーケンスにおけるいずれかの端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３として動作して、アクセスポイントＳＴＡ０が同一の時間上で多重して送信したフレームを受信するための処理手順を示したフローチャートである。 図１４は、図２に示した通信装置が、図５に示した通信シーケンスにおけるいずれかの端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３として動作して、アクセスポイントＳＴＡ０宛ての各フレームを同一の時間上で送信するための処理手順を示したフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を模式的に示している。図示の通信システムは、アクセスポイント（ＡＰ）として動作する通信局ＳＴＡ０と、端末局（クライアント・デバイス）（ＭＴ）として動作する複数の通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３で構成される。

各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３はそれぞれの通信範囲内に通信局ＳＴＡ０を収容し、それぞれＳＴＡ０とは直接通信を行なうことができる（言い換えれば、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０の配下に置かれ、ＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）を構成する）。但し、端末局としての各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３が互いの通信範囲内に存在する必要はなく、以下では端末局間での直接通信については言及しない。

ここで、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０は、複数のアンテナを備えアダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続を行なう通信装置からなり、空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当てて、フレーム通信を多重化する。すなわち、ＳＴＡ０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃなどの新規規格に準拠する通信装置であり、宛て先通信局が異なる２以上のフレームを同一の時間軸上で多重化したり、２以上の通信局が同一の時間軸上で多重化送信した自局宛てのフレームを送信元毎に分離したりして、１対多のフレーム通信を行なう。ＳＴＡ０は、より多くのアンテナを装備することで、空間多重が可能な端末局の台数を増大することができる。勿論、ＳＴＡ０は、空間分割多元接続を適用して各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３と１対多のフレーム通信を行なうだけでなく、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３と個別に１対１でフレーム通信を行なってもよい。

他方、端末局としての通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、複数のアンテナを備え、アダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続を行なう通信装置からなるが、受信時のみユーザー分離を行ない、送信時のユーザー分離すなわち送信フレームの多重化を行なわないので、アクセスポイントほどのアンテナ本数を装備する必要はない。なお、端末局のうち少なくとも一部の端末局は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａなどの従来規格に準拠した通信装置であってもよい。言い換えれば、図１に示す通信システムは、該新規規格の通信機が従来規格の通信機と混在する通信環境である。

図２には、空間分割多元接続を適用し、複数ユーザーの多重化を行なうことができる通信装置の構成例を示している。図１に示した通信システムにおいて、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０や、端末局として動作する通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３のうち一部の空間分割多元接続に対応したものは、図２に示した構成を備え、新規規格に則って通信動作を行なうものとする。

図示の通信装置は、それぞれアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎを備えたＮ本の送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎと、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎと接続して、送受信データの処理を行なうデータ処理部２５で構成される（但し、Ｎは２以上の整数）。これら複数のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎは、適当なアダプティブ・アレイ・アンテナの重みをかけることによって、アダプティブ・アレイ・アンテナとして機能することができる。アクセスポイントとしての通信局ＳＴＡ０は、アダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続を行なうが、多くのアンテナ素子を持つことで、多元接続により収容可能な端末局台数を向上することが可能である。

各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎ内では、各アンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎが、共用器２２−１、２２−２、…、２２−Ｎを介して、送信処理部２３−１、２３−２、…、２３−Ｎ並びに受信処理部２４−１、２４−２、…、２４−Ｎに接続されている。

データ処理部２５は、上位層アプリケーションからの送信要求に応じて送信データを生成すると、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎに振り分ける。また、通信装置がアクセスポイントとして動作するＳＴＡ０の場合、データ処理部２５は、上位層アプリケーションからの送信要求に応じて、複数のユーザーすなわち各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３宛ての送信データを生成すると、送受信ブランチ毎のアダプティブ・アレイ・アンテナの送信重みを乗算して空間分離してから、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎに振り分ける。但し、ここで言う送信時の「空間分離」は、フレームを同時送信するユーザー毎に空間分離するユーザー分離のみを意味するものとする。

各送信処理部２３−１、２３−２、…、２３−Ｎは、データ処理部２５から供給されたディジタル・ベースバンド送信信号に対し、符号化、変調などの所定の信号処理を施した後にＤ／Ａ変換して、さらにＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号へのアップコンバートし、電力増幅する。そして、かかる送信ＲＦ信号は、共用器２２−１、２２−２、…、２２−Ｎを介してアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎに供給され、空中に放出される。

一方、各受信処理部２４−１、２４−２、…、２４−Ｎでは、アンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−ＮからのＲＦ受信信号が共用器２２−１、２２−２、…、２２−Ｎを介して供給されると、低雑音増幅してからアナログ・ベースバンド信号へダウンコンバートし、その後にＤ／Ａ変換し、さらに所定の復号、復調などの所定の信号処理を施す。

データ処理部２５は、各受信処理部２４−１、２４−２、…、２４−Ｎから入力されるディジタル受信信号に対してアダプティブ・アレイ・アンテナの受信重みをそれぞれ乗算して空間分離し、ユーザー毎すなわち通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各々からの送信データを再現すると、上位層アプリケーションに渡す。但し、ここで言う受信時の「空間分離」には、フレームを同時送信するユーザー毎に空間分離するユーザー分離と、空間多重されたＭＩＭＯチャネルを元の複数のストリームに分離するチャネル分離の双方の意味を含むものとする。

ここで、データ処理部２５は、複数のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎは、アダプティブ・アレイ・アンテナを機能させるために、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎに振り分けた送信データに対してアダプティブ・アレイ・アンテナの送信重みをかけ、また、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎからの受信データに対してアダプティブ・アレイ・アンテナの受信重みをかけるよう、各送信処理部２３−１、２３−２、…、２３−Ｎ並びに各受信処理部２４−１、２４−２、…、２４−Ｎを制御する。また、データ処理部２５は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３との空間分割多元接続に先立ち、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習しておく。例えば、各通信相手ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３から受信した既知シーケンスからなるトレーニング信号（後述）に対してＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）などの所定の適応アルゴリズムを用いて、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習を行なうことができる。

データ処理部２５は、例えば図１に示す通信システムで実装されるメディア・アクセス制御（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＡＣ）方式における通信プロトコルの各層の処理を実行する。また、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎは、例えばＰＨＹ層に相当する処理を実行する。後述するように、長さが異なる複数のフレームが上位層から送られてくるが、最終的にＰＨＹ層から送信されるフレームの長さを揃えるようになっている。但し、かかるフレーム長の制御は、データ処理部２５又は各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎのいずれで行なうかは特に限定されない。

なお、端末局としての通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、複数のアンテナを備えアダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続を行なうが、受信時のみユーザー分離を行ない、送信時のユーザー分離すなわち送信フレームの多重化を行なわないので、アクセスポイントほどのアンテナ本数を装備する必要はない。

また、図３には、空間分割多元接続を適用せず、ＩＥＥＥ８０２．１１ａなどの従来規格に準拠した通信装置の構成例を示している。図１に示した通信システムにおいて、端末局として動作する通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３の中には、図３に示した構成を備え、従来規格に則ってのみ通信動作を行なうものも存在する。

図示の通信装置は、アンテナ素子３１を備えた送受信ブランチ３０と、この送受信ブランチ３０と接続して、送受信データの処理を行なうデータ処理部３５で構成される。また、送受信ブランチ３０内では、アンテナ素子３１が、共用器３２を介して、送信処理部３３並びに受信処理部３４に接続されている。

データ処理部３５は、上位層アプリケーションからの送信要求に応じて送信データを生成して、送受信ブランチ３０に出力する。送信処理部３３は、ディジタル・ベースバンド送信信号に対し、符号化、変調などの所定の信号処理を施した後、Ｄ／Ａ変換し、さらにＲＦ信号へのアップコンバートし、電力増幅する。そして、かかる送信ＲＦ信号は、共用器３２を介してアンテナ素子３１に供給され、空中に放出される。

一方、受信処理部３４では、アンテナ素子３１からのＲＦ受信信号が共用器３２を介して供給されると、低雑音増幅してからアナログ・ベースバンド信号へアップコンバートし、その後にＤ／Ａ変換して、さらに所定の復号、復調などの所定の信号処理を施す。データ処理部３５は、受信処理部３４から入力されるディジタル受信信号から元の送信データを再現して、上位層アプリケーションに渡す。

図１に示した通信システムにおいて、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０は、自局が備えるアダプティブ・アレイ・アンテナに含まれる各アンテナ素子と通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３が備える各アンテナ素子との間の伝達関数を取得することによって、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習する。あるいは、各通信相手ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３から受信した既知シーケンスからなるトレーニング信号に対してＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）などの所定の適応アルゴリズムを用いて、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習を行なうことができる。そして、ＳＴＡ０は、いずれかの方法によって学習したアダプティブ・アレイ・アンテナの重みに基づいて各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３に対する指向性を形成する。これによって、ＳＴＡ０は、同一時間上で多重化した通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３の各々に宛てた送信フレーム、あるいは同一時間上で多重化された各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３からの受信フレームを空間分離することが可能となり、すなわち、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続を実現することができる。

従来からの無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１では、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス）などのキャリアセンスに基づくアクセス制御手順を採り入れて、各通信局はランダム・チャネル・アクセス時におけるキャリアの衝突を回避するようにしている。

また、無線通信においては、通信局が互いに直接通信できない領域が存在するという隠れ端末問題が生じることが知られているが、ＩＥＥＥ８０２．１１では、これを解決する方法論として、ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクを併用する。データ送信元の通信局が送信要求フレーム（ＲＴＳ：Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）を送信し、データ送信先の通信局から確認通知フレーム（ＣＴＳ：Ｃｌｅａｒ Ｔｏ Ｓｅｎｄ）を受信したことに応答してデータ送信を開始する。そして、隠れ端末は、自局宛てでないＲＴＳ又はＣＴＳのうち少なくとも一方のフレームを受信すると、受信フレーム中に記載されているデュレーション（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）情報に基づいて送信停止期間を設定して、衝突を回避する。送信局にとっての隠れ端末は、ＣＴＳを受信して送信停止期間を設定し、データ・フレームとの衝突を回避し、受信局にとっての隠れ端末は、ＲＴＳを受信して送信期間を停止し、ＡＣＫとの衝突を回避する。ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手順にＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクを併用することにより、過負荷状態における衝突のオーバーヘッドの削減が図られることがある。

図１に示した通信システムでも、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手順にＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクを併用することができる。

図４には、図１に示した通信システムにおいて、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信元となり、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がデータ送信先となり、ＳＴＡ０が各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３宛ての送信フレームを空間軸上で多重して同時送信する場合のシーケンス例を示している。なお、図４中の通信局ＳＴＡ４は、図１には含まれないが、通信局ＳＴＡ０〜ＳＴＡ３のうち少なくとも１つの通信範囲内の存在する隠れ端末であるとする。

ＳＴＡ０は、事前に物理キャリアセンスを行ない、メディアがクリアであることを確認し、さらにバックオフを行なった後に、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを利用することで、各通信局ＳＴＡ０〜ＳＴＡ３宛ての複数のＲＴＳフレーム（ＲＴＳ０−１、ＲＴＳ０−２、ＲＴＳ０−３）を空間分割多重して同時送信する。

従来規格に従うＳＴＡ４は、自局を宛て先に含まないＲＴＳフレームを受信した場合には、当該フレーム内のデュレーションに記述された情報に基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して（周知）、送信動作を控える。

各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、受信したＲＴＳフレームが自局宛てであることを認識すると、当該フレームを受信終了してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）が経過した後に、ＲＴＳ送信元であるＳＴＡ０宛てのＣＴＳフレーム（ＣＴＳ１−０、ＣＴＳ２−０、ＣＴＳ３−０）を同時に送信する。

ＳＴＡ０は、ＲＴＳフレームを送信完了した後、ＲＴＳフレームの各宛て先局からそれぞれ返信されるＣＴＳフレームを受信待機している。その際、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを利用して各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３と空間分割多元接続していることから、同時に受信した複数のＣＴＳフレームを空間軸上で分離して受信することができる。

他方、従来規格に従うＳＴＡ４は、自局を宛て先に含まないいずれかのＣＴＳフレームを受信した場合には、当該フレーム内のデュレーションに記述された情報に基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して（周知）、送信動作を控える。

ＳＴＡ０は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３からのＣＴＳフレームを受信完了してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各々に宛てたデータ・フレーム（Ｆｒａｇｍｅｎｔ１−０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ２−０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ３−０）をそれぞれ送信する。ＳＴＡ０は、上記の学習したアダプティブ・アレイ・アンテナの重みを利用することで、複数のデータ・フレームを空間分割多重して同時送信する。これによって、複数ユーザー全体でのスループットを向上させることができる。なお、送信するデータ・フレームを、ＣＴＳフレームを受信できた通信局を宛て先とするもののみに制限するようにしてもよい。

これに対し、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、それぞれ自局宛てのデータ・フレーム（Ｆｒａｇｍｅｎｔ１−０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ２−０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ３−０）を受信完了すると、所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、ＡＣＫフレーム（ＡＣＫ１−０、ＡＣＫ２−０、ＡＣＫ３−０）を同時に返信する。

ＳＴＡ０の複数本のアンテナ素子は既にアダプティブ・アンテナとして機能しており、同時受信した複数のＡＣＫフレーム（ＡＣＫ１−０、ＡＣＫ２−０、ＡＣＫ３−０）を空間分離することができる。

また、図５には、図１に示した通信システムにおいて、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がそれぞれデータ送信元となり、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信先となり、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がＳＴＡ０宛ての送信フレームを空間軸上で多重して同時送信する場合のシーケンス例を示している。なお、図５中の通信局ＳＴＡ４は、図１には含まれないが、通信局ＳＴＡ０〜ＳＴＡ３のうち少なくとも１つの通信範囲内の存在する隠れ端末であるとする。

各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３は、事前に物理キャリアセンスを行ない、メディアがクリアであることを確認し、さらにバックオフを行なった後に、ＳＴＡ０宛てのＲＴＳフレーム（ＲＴＳ１−０、ＲＴＳ２−０、ＲＴＳ３−０）を、同時に送信する。

従来規格に従うＳＴＡ４は、自局を宛て先に含まないいずれかのＲＴＳフレームを受信した場合には、当該フレーム内のデュレーションに記述された情報に基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して（周知）、送信動作を控える。

ＳＴＡ０は、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを利用して各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３と空間分割多元接続していることから、同時に受信した複数のＲＴＳフレームを空間軸上で分離して受信することができる。そして、ＳＴＡ０は、受信した各ＲＴＳフレームが自局宛てであることを認識すると、当該フレームを受信終了してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３をそれぞれ宛て先とする複数のＣＴＳフレーム（ＣＴＳ０−１、ＣＴＳ０−２、ＣＴＳ０−３）を、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを利用して、空間分割多重により同時送信する。

各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、ＲＴＳフレームを送信完了した後、ＲＴＳフレームの宛て先局であるＳＴＡ０から返信されるＣＴＳフレームをそれぞれ受信待機している。そして、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、ＳＴＡ０からのＣＴＳフレームを受信したことに応答して、ＳＴＡ０宛てのデータ・フレーム（Ｆｒａｇｍｅｎｔ０−１、Ｆｒａｇｍｅｎｔ０−２、Ｆｒａｇｍｅｎｔ０−３）を同時に送信する。これによって、複数ユーザー全体でのスループットを向上させることができる。

他方、従来規格に従うＳＴＡ４は、自局を宛て先に含まないいずれかのＣＴＳフレームを受信した場合には、当該フレーム内のデュレーションに記述された情報に基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して（周知）、送信動作を控える。

ＳＴＡ０は、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを利用して各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３と空間分割多元接続していることから、同時に受信した複数のデータ・フレームを空間軸上で分離して受信することができる。そして、ＳＴＡ０は、受信した各データ・フレームが自局宛てであることを認識すると、当該フレームを受信終了してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３をそれぞれ宛て先とする複数のＡＣＫフレーム（ＡＣＫ０−１、ＡＣＫ０−２、ＡＣＫ０−３）を、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを利用して、空間分割多重により同時送信する。

そして、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、ＳＴＡ０からのＡＣＫフレームをそれぞれ受信することによって、ＳＴＡ０へのデータ送信シーケンスを成功裏に終了させる。

無線ＬＡＮは、一般にパケット通信方式を採用するが、各ユーザーが通信したいトラフィックの量はまちまちである。このため、パケット（フレーム）の長さに相違が生じる。空間分割多元接続により複数のユーザー宛てのフレームを多重化して同時送信する場合、フレーム長の相違により総送信電力の急峻な変化が生じると、受信側での受信電力の急峻な変化に伴うＡＧＣの不安定な動作を誘発するなどの問題がある（前述）。また、多重化するフレームの一部が先に終了し、その他のフレームの送信が継続していると、通信可能な帯域を有効に利用できていないことになり、空間分割多元接続の効果が減じられる。

このため、同一時間上で多重されるフレームは、ユーザー毎の送信データ長がまちまちであったとしても、最終的には同じフレーム長で送信される必要がある。

例えば、図４に示した通信シーケンス例では、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫの各フレームはフレーム長が均一であることが期待されるが、ＳＴＡ０が送信する複数のデータ・フレームは、宛て先毎に送信データ量が相違することに起因して、ＭＡＣ層からＰＨＹ層へ送られてくるフレーム長が相違する可能性がある。

また、図５に示した通信シーケンス例では、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫの各フレームはフレーム長が均一であることが期待されるが、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３がそれぞれＳＴＡ０に宛てたデータ・フレームは、各々の上位層アプリケーションから要求される送信データ量が相違することに起因して、ＭＡＣ層からＰＨＹ層へ送られてくるフレーム長が相違する可能性がある。

そこで、本実施形態では、空間的に多重する複数のフレームのうち短いものに対し、例えばＰＨＹ層においてパッディングを施してフレーム長の長いものに合わせるという方法を採用している。

例えば、図４に示した通信シーケンス例では、通信局ＳＴＡ０において各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３宛てのデータ・フレーム（Ｆｒａｇｍｅｎｔ０−１、Ｆｒａｇｍｅｎｔ０−２、Ｆｒａｇｍｅｎｔ０−３）がＭＡＣ層からＰＨＹ層に送られてきたときに、ＰＨＹ層において、フレーム長の相違からパッディングを行なう必要が否かを判断する。そして、パッディングが必要であると判断された（フレーム長の短い）フレームに対してパッディングを施し、最終的にフレーム長が揃うようにしてから、宛て先となる各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３へ、フレームを空間分割多重して送信する。これによって、所望する空間分割多元接続の効果を奏することができる。

また、図５に示した通信シーケンス例では、データ・フレームの送信元となる各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３の間では、フレーム送信時間毎の最終的に揃えるべきフレーム長を互いに事前に認識していることを前提とする。例えば、ＲＴＳフレームやＣＴＳフレームを交換する際に、アクセスポイントであるＳＴＡ０からフレーム長の指定を受けるようにしてもよい。あるいは、端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３からアクセスポイントＳＴＡ０へアップリンクでデータ・フレームを送信する場合に限り、固定長フレーム・フォーマットを用いるようにしてもよい。そして、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３では、ＳＴＡ０宛てのデータ・フレーム（Ｆｒａｇｍｅｎｔ１−０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ２−０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ３−０）がＭＡＣ層からＰＨＹ層に送られてきたときに、それぞれのＰＨＹ層において、フレーム長の相違からパッディングを行なう必要が否かを判断する。そして、パッディングが必要であると判断した通信局では、自分の送信フレームに対してパッディングを施し、他の通信局からの送信フレームとは最終的にフレーム長が揃うようにする。これによって、所望する空間分割多元接続の効果を奏することができる。

なお、図４並びに図５に示した通信シーケンス例において、フレーム長を均一にするために一部のデータ・フレームにパッディングを施す場合、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫの各フレームの送受信方法について何らの制限を与えるものではない。

図６Ａには、上位層（例えばＭＡＣ層）から送られてくる、同一時間上で多重すべき複数のフレームの長さが異なる様子を示している。図６Ｂには、上位層（例えばＭＡＣ層）から送られてくる長さの異なる複数のフレームを、同一時間上で多重する場合にパッディングを施して、最終的にＰＨＹ層から送信されるフレームの長さが均一になるイメージを示している。

但し、最終的にＰＨＹ層から送信されるフレームは、フレーム送信時間毎に揃っていればよく、システム全体を通じて（すなわち、送信時間が異なるフレームの間で）常に一定の長さに揃える必要はない。

図６中の縦軸は、複数のフレームを多重するための無線リソースを示す軸である。ここでは、空間分割多重を示しているが、符号分割多重、周波数分割多重、直交周波数分割多重する場合、あるいはこれらの多重方式のうち２以上を組み合わせる場合にも、同様に当て嵌まる。

なお、ここで言うフレームの「長さ」とは、時間的な長さ、シンボル数、ビット数、データ・サイズの意味を含むものとする。また、フレームへのパッディングは、ビットあるいはシンボルを最小単位として行なうことができる。

ここで、パッディングに利用されるビット又はシンボルは、パッディングされたフレームを交換する通信装置間で既知であることが好ましい。

例えば、図４に示したシーケンス例において、アクセスポイントＳＴＡ０が複数の端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３宛てのデータ・フレームを同一時間上で多重して送信する際、アクセスポイントＳＴＡ０がいずれかのデータ・フレームにパッディングを施すときには、当該データ・フレームの宛て先となる端末局との間で既知であるビット又はシンボルを利用してパッディングを行なうようにする。

また、図５に示したシーケンス例において、端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がアクセスポイントＳＴＡ０宛てに同一時間上でデータ・フレームを送信する際、いずれかの端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がフレームにパッディングを施す際には、アクセスポイントＳＴＡ０との間で既知であるビット又はシンボルを利用してパッディングを行なうようにする。

特に、既知シンボルをパッディングに利用する場合、パッディングされたフレームの受信処理を行なう際に、当該既知シンボルをパイロット・シンボルとして用いて、周波数誤差推定や、タイミング誤差推定、チャネル推定など、受信動作の補助としても再利用することができる。また、図４に示すようにデータ・フレームが空間分割多重されている際には、受信する各端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３側では、パッディングされた既知シンボルを空間ダイバーシティー利得の獲得に利用することができる。

ビット単位でパッディングを施す場合、送信処理の誤り訂正符号化の入力あるいは出力でパッディングすることが可能である、また、インターリーブの入力あるいは出力でパッディングすることが可能である。処理の後段でパッディングすると、シンボル変調後も既知シンボルとして利用することができるので、できる限り、訂正出力、インターリーブ出力でパッディングすることが好ましい。

一方、シンボル単位でパッディングを施す場合、最小単位としては、シングル・キャリア変調のシンボル、あるいは、直交周波数分割多重の１サブキャリア上のシンボルが考えられる。また、パッディングの単位はこれに限らず、シングル・キャリア変調であれば１以上の所定のシンボルの組み合わせ、直交周波数分割多重であれば１以上の所定のサブキャリアの組み合わせのシンボルや直交周波数分割多重シンボルの組み合わせが考えられる。

ここで、フレーム内でパッディングを施す直交周波数分割多重シンボルの位置により、所定のサブキャリアの組み合わせを変化させることも可能である。これにより、フレームにわたってより多くのサブキャリアに既知シンボルを配置することができるようになる。

図７には、パッディングするシンボル位置に応じてパッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させる様子を例示している。同図では、直交周波数分割多重方式が適用されるものとし、同一時間上で多重して送信するＳＴＡ１宛てのフレームとＳＴＡ２宛てのフレーム（若しくは、ＳＴＡ１とＳＴＡ２の各々から同一時間上で同じ宛て先に送信されるフレーム）のうち、後者のフレームに対してパッディングを施して、フレーム長を同じにすることを想定している。

図７Ａに示すように、ＳＴＡ２宛てのフレーム（若しくは、ＳＴＡ２からのフレーム）のデータ部内の複数の位置、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…において、シンボル単位でパッディングが施されている。そして、図７Ｂに示すように、パッディングを施す直交周波数分割多重シンボルのフレーム内での位置Ａ〜Ｂにより、パッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させている。パッディングされたサブキャリアを用いて周波数誤差推定、タイミング誤差推定、チャネル推定を行なう場合、サブキャリアの位置が図７Ｂに示すようにシンボル全体にわたって分散していることから、推定精度を向上させることができる。

また、ビット又はシンボルのいずれを単位としてパッディングを施す場合も、フレーム内でパッディングを施す位置についても幾つかの方法論が考えられる。図８〜図１１には、フレーム内でパッディングを施す配置例を示している。但し、最終的に送信されるフレームは、プリアンブル部、ヘッダー部、及びデータ部で構成され、データ部にパッディングが施される。プリアンブル分並びにヘッダー部について特に制限はないが、これらのフィールドの長さは多重されるフレーム間で同じであることが好ましい。また、各図では、説明の簡単のため、２つのフレームを多重する際にフレーム長の短い方にパッディングを施す場合を想定している。

図８に示す例では、データ部の後方にパッディング領域をまとめて配置している。これに対し、図９に示す例では、データ部の前方にパッディング領域をまとめて配置している。図９に示すように、フレーム前方で既知シンボルをパッディングする場合、フレームの受信側ではそのシンボルをパイロット・シンボルとして用いることで、図８に示すようにフレーム後方でパッディングする場合と比較すると、周波数誤差推定、タイミング誤差推定、チャネル推定など受信補助の効果が大きくなる。

また、図１０並びに図１１に示す例では、パッディング領域を細かく分割して、データ部全体にわたって分散してパッディング位置を配置している。

このうち、図１０に示す例では、データ部内で均一に分散してパッディング位置を配置している。分散して既知シンボルをパッディングすることで、周波数誤差推定、タイミング誤差推定、チャネル推定のトラッキングをフレームにわたって行なうことが可能となる。

一方、図１１に示す例では、データ部内で不均一に分散してパッディング位置を配置している。この場合も、周波数誤差推定、タイミング誤差推定、チャネル推定のトラッキングを行なうことが可能である。また、分散させる際にフレーム前方で密にパッディング位置を配置することで、データ部の前方でパッディングする場合の効果が併せて得られる。

また、データ部内でパッディングする位置を、常に一定にするのではなく、多重されるフレーム毎に都度変えてもよい。後者の場合、あらかじめ定義された有限個のパッディング位置パターンの中から、逐次選択してパッディングしてもよい。例えば、図８〜図１１に示したパッディング位置パターンを順にあるいはランダムに選択するようにしてもよい。多重フレームの送信側で、有限個のパッディング位置パターンから選択する場合、パッディングが施されたフレームの受信側に対してパッディング位置の通知方法が簡素になるという利点がある。

パッディングが施されたフレームを受信する側では、パッディング領域を除去してから本来のデータ部分を復号することから、フレーム内でパッディングが施された位置を認識する必要がある。パッディング位置パターンがシステム全体を通じて一定ではなくフレーム毎に変化する場合には、フレームの送信側から受信側へ、パッディング位置に関する情報を通知することが１つの解決策となる。

パッディング位置に関する情報を通知する方法として、例えば、最終的に送信されるフレームに付加されているプリアンブル部あるいはヘッダー部の中にパッディング位置に関する情報を入れることが挙げられる。

図８並びに図９に示したように、パッディングがデータ部の前方又は後方にまとめて行なわれる場合、送信側は、パッディング前のフレームの長さとパッディング後のフレームの長さを通知すれば、受信側では、パッディングが施された領域を特定することが可能である。

また、有限個のパッディング位置パターンの中から選択してパッディングを行なう場合、送信側は、使用したパターンを識別する情報を通知すれば、受信側では、パッディングが施された領域を特定することが可能である。

図１２には、図２に示した通信装置が、図４に示した通信シーケンスにおけるアクセスポイントＳＴＡ０として動作して動作して、複数の端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３宛ての各フレームを同一の時間上で多重して送信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

上位層から送信フレームを受け取ると（ステップＳ１）、受け取ったフレームが複数あるか（言い換えれば、同一時間上で多重すべきか）をチェックし（ステップＳ２）、続いて、多重するフレームの長さが異なるか否かをチェックする（ステップＳ３）。

ここで、受け取ったフレームが１つだけで多重する必要がない場合（ステップＳ２のＮｏ）、若しくは、多重するフレームの長さが同じでフレーム長を調整する必要がない場合には（ステップＳ３のＮｏ）、多重されるフレーム間で長さを揃えるためのパッディングは行なわないようにする（ステップＳ５）。但し、ステップＳ５は、直交周波数分割多重シンボル内のサブキャリア本数をそろえるなど、他の目的でパッディングを行なうことを制限するものではない。

他方、上位層から受け取ったフレームが複数あり、且つ、これらのフレーム長が同じでない場合には（ステップＳ２、Ｓ３がともにＹｅｓ）、多重するフレームの長さが同じでフレーム長を調整するために、各フレームが所定のフレーム長となるように、長さの不足するフレームに対し、パッディングを施す（ステップＳ４）。パッディングは、基本的には、フレーム内のデータ部に対して実施される。また、パッディングの方法として、例えば、図８乃至図１１に示したもののいずれかを用いることができるが、その他の方法であってもよい。

次いで、フレーム長の調整が施された後の各フレームの先頭に対し、プリアンブル部、及び、ヘッダー部を付与する（ステップＳ６）。各フレームのプリアンブル部及びヘッダー部のデータ長は、基本的に同一とする。また、パッディング位置パターンをフレーム毎に変化させる場合には、フレーム受信側に対してパッディング位置に関する情報をヘッダー部に記載するようにしてもよい。

そして、フレームの送信処理を実行して（ステップＳ７）、本処理ルーチンを終了する。送信フレームが複数ある場合には、最終的には互いに同じフレーム長となった各フレームを、同一時間上で多重して送信する。

図１３には、図２に示した通信装置が、図４に示した通信シーケンスにおけるいずれかの端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３として動作して、アクセスポイントＳＴＡ０が同一の時間上で多重して送信したフレームを受信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

通信装置は、フレームを受信すると（ステップＳ１１）、まず、ヘッダー部を復号してその内容を解析する（ステップＳ１２）。そして、多重フレーム数に関する情報を取得する（ステップＳ１３）。また、フレーム毎にパッディング位置パターンを変化させる場合には、ヘッダー部からパッディング位置に関する情報を合わせて取得するようにする（ステップＳ１４）。

次いで、ペイロード部の復号を開始する（ステップＳ１５）。

シンボルが、パッディング・シンボルではないときには（ステップＳ１６のＮｏ）、データ・シンボルとして復号処理を実施する（ステップＳ１９）。

また、パッディング・シンボルについては（ステップＳ１６のＹｅｓ）、パイロット・シンボルとして利用して、周波数誤差推定、タイミング誤差推定、チャネル推定のトラッキングを行ない（ステップＳ１７）、さらにキャンセリングを実施する（ステップＳ１８）。

そして、このような処理をペイロード部のすべてのシンボルにわたり繰り返し実施し終えると（ステップＳ２０）、本処理ルーチンを終了する。

図１４には、図２に示した通信装置が、図５に示した通信シーケンスにおけるいずれかの端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３として動作して、アクセスポイントＳＴＡ０宛ての各フレームを同一の時間上で送信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

他の通信装置とともに同一時間上で送信すべきフレームを上位層から受け取ると（ステップＳ３１）、受け取ったフレームの長さが所定のフレーム長よりも短いか否かをチェックする（ステップＳ３２）。

ここで、受け取ったフレームの長さが所定のフレーム長となるときには（ステップＳ３２のＮｏ）、所定のフレーム長に揃えるためのパッディングは行なわないようにする（ステップＳ３４）。但し、ステップＳ５は、直交周波数分割多重シンボル内のサブキャリア本数をそろえるなど、他の目的でパッディングを行なうことを制限するものではない。

他方、受け取ったフレームの長さが所定のフレーム長よりも短いときには（ステップＳ３２のＹｅｓ）、所定のフレーム長に揃えるために、パッディングを施す（ステップＳ３３）。パッディングは、基本的には、フレーム内のデータ部に対して実施される。また、パッディングの方法として、例えば、図８乃至図１１に示したもののいずれかを用いることができるが、その他の方法であってもよい。

次いで、フレーム長の調整が施された後のフレームの先頭に対し、プリアンブル部、及び、ヘッダー部を付与する（ステップＳ３５）。フレームのプリアンブル部及びヘッダー部のデータ長は、基本的に他の通信装置と同一とする。また、パッディング位置パターンをフレーム毎に変化させる場合には、フレーム受信側に対してパッディング位置に関する情報をヘッダー部に記載するようにしてもよい。

そして、他の通信装置と同一時間上でフレームの送信処理を実行して（ステップＳ３６）、本処理ルーチンを終了する。

なお、図５に示した通信シーケンスにおいてアクセスポイントＳＴＡ０が、複数の端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３から同一時間上で送信された各フレームを受信する処理は、図１３と同様の手順となるので、ここでは説明を省略する。

このように本実施形態に係る通信システムでは、空間分割多元接続により長さの異なるデータ・フレームを同一時間上で多重するが、多重されるフレームを最終的には長さを同じにして送信することから、図４中でアクセスポイントＳＴＡ０から多重されたデータ・フレームを各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３において受信する際、あるいは図５中で各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３から同時送信されたデータをアクセスポイントＳＴＡ０において受信する際に、受信電力の急峻な変化に伴うＡＧＣの動作不安定を解消することができる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、１Ｇｂｐｓという超高スループットの実現を目指すＩＥＥＥ８０２．１１ａｃのような新規の無線ＬＡＮ規格に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有するその他の無線ＬＡＮシステムや、ＬＡＮ以外のさまざまな無線システムに対しても、同様に本発明を適用することができる。

また、本発明に従って、ＰＨＹ層から最終的に出力されるフレーム長をフレーム送信時間毎に均一化する方法は、複数のフレームを空間分割多重する場合以外にも、符号分割多重、周波数分割多重、直交周波数分割多重する場合、あるいはこれらの多重方式のうち２以上を組み合わせる場合にも、同様に適用することができる。

また、本発明の適用範囲は、可変長フレームをベースにしたシステムに限定されるものではなく、フレーム長の調整が必要となる他のさまざまな無線通信システムに適用することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

２０−１、２０−２、…送受信ブランチ
２１−１、２１−２、…アンテナ素子
２２−１、２２−２、…共用器
２３−１、２３−２、…送信処理部
２４−１、２４−２、…受信処理部
２５…データ処理部
３０…送受信ブランチ
３１…アンテナ素子
３２…共用器
３３…送信処理部
３４…受信処理部
３５…データ処理部

Claims (15)

1. ２以上の通信装置に同時送信すべき複数のフレームを生成するフレーム生成部と、
   前記フレーム生成部で生成した前記複数のフレームの少なくとも一部にパッディングを施して、フレーム長を調整するフレーム長制御部と、
   フレーム長を調整した後の前記複数のフレームを多重して同時送信する通信部と、
   を備え、
   前記フレーム長制御部は、フレームの１以上のパッディング位置の組み合わせでビット又はシンボルを最小単位でパッディングを行ない、２以上の通信装置に同時送信すべき前記複数のフレームを最終的には同じフレーム長となるように調整する、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記通信部は、空間分割多重、符号分割多重、周波数分割多重、直交周波数分割多重のうちいずれか１つの多重方式又は２以上を組み合わせた多重方式により、前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記フレーム長制御部は、直交周波数分割多重シンボルの組み合わせでフレームにパッディングを行なう場合において、パッディングするシンボル位置に応じてパッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 前記フレーム長制御部は、フレームのデータ部全体にわたって分散してパッディング位置を配置する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
5. 前記フレーム長制御部は、あらかじめ定義された有限個のパッディング位置パターンの中から選択してパッディング位置を行なう、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
6. 前記フレーム長制御部がパッディング位置パターンをフレーム毎に変化させる場合に、前記通信部は、フレーム受信側に対してパッディング位置に関する情報を通知する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
7. 他の１以上の通信装置とともに同時送信すべきフレームを生成するフレーム生成部と、
   前記フレーム生成部で生成した前記フレームにパッディングを施して、フレーム長を調整するフレーム長制御部と、
   フレーム長を調整した後の前記複数のフレームを多重して同時送信する通信部と、
   を備え、
   前記フレーム長制御部は、フレームの１以上のパッディング位置の組み合わせでビット又はシンボルを最小単位でパッディングを行ない、前記他の通信装置とともに同時送信すべきフレームが最終的には互いに同じフレーム長となるように調整する、
   ことを特徴とする通信装置。
8. 前記フレーム長制御部は、直交周波数分割多重シンボルの組み合わせでフレームにパッディングを行なう場合において、パッディングするシンボル位置に応じてパッディングするサブキャリアの組み合わせを変化させる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
9. 前記フレーム長制御部は、フレームのデータ部全体にわたって分散してパッディング位置を配置する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
10. 前記フレーム長制御部は、あらかじめ定義された有限個のパッディング位置パターンの中から選択してパッディング位置を行なう、
    ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
11. 前記フレーム長制御部がパッディング位置パターンをフレーム毎に変化させる場合に、前記通信部は、フレーム受信側に対してパッディング位置に関する情報を通知する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
12. 前記通信部は、最終的に送信されるフレームに付加されているプリアンブル部あるいはヘッダー部の中にパッディング位置に関する情報を記載する、
    ことを特徴とする請求項６又は１１のいずれかに記載の通信装置。
13. 前記フレーム長制御部がフレームのデータ部の前方又は後方にまとめてパッディングを行なう場合に、前記通信部は、パッディング位置に関する情報として、パッディング前のフレームの長さとパッディング後のフレームの長さを記載する、
    ことを特徴とする請求項６又は１１のいずれかに記載の通信装置。
14. ２以上の通信装置に同時送信すべき複数のフレームを生成するフレーム生成ステップと、
    前記フレーム生成部で生成した前記複数のフレームの少なくとも一部にパッディングを施して、フレーム長を調整するフレーム長制御ステップと、
    フレーム長を調整した後の前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信する通信ステップと、
    を有し、
    前記フレーム長制御ステップでは、フレームの１以上のパッディング位置の組み合わせでビット又はシンボルを最小単位でパッディングを行ない、２以上の通信装置に同時送信すべき前記複数のフレームを最終的には同じフレーム長となるように調整する、
    ことを特徴とする通信方法。
15. 他の１以上の通信装置とともに同時送信すべきフレームを生成するフレーム生成ステップと、
    前記フレーム生成部で生成した前記フレームにパッディングを施して、フレーム長を調整するフレーム長制御ステップと、
    フレーム長を調整した後の前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信する通信ステップと、
    を有し、
    前記フレーム長制御ステップでは、フレームの１以上のパッディング位置の組み合わせでビット又はシンボルを最小単位でパッディングを行ない、前記他の通信装置とともに同時送信すべきフレームが最終的には互いに同じフレーム長となるように調整する、
    ことを特徴とする通信方法。